牛人总结的管壳式换热器设计要领，值得收藏！-压力容器人
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一 、前言
换热器分类：
管壳式换热器根据结构特点可分为下列两类。
1.刚性结构的管壳式换热器：这种换热器又成为固定管板式，通常可分为单管程和多管程两种。它的优点是结构简单紧凑、造价便宜和应用较广；缺点是管外不能进行机械清洗。
2.具有温差补偿装置的管壳式换热器：它可使受热部分自由膨胀。该结构形式又可分成：
① 浮头式换热器：这种换热器的一端管板能自由伸缩，即所谓“浮头”。他适用于管壁和壳壁温差大，管束空间经常清洗。但它的结构较复杂，加工制造的费用较高。
② U形管式换热器：它只有一块管板，因此管子在受热或冷却时，可以自由伸缩。这种换热器的结构简单，但制造弯管的工作量较大，且由于管子需要有一定的弯曲半 径，管板的利用率较差，管内进行机械清洗困难，拆换管子也不容易，因此要求通过管内的流体是清洁的。这种换热器可用于温差变化大，高温或高压的场合。
③ 填料函式换热器：它有两种形式，一种是在管板上的每根管子的端部都有单独的填料密封，以保证管子的自由伸缩，当换热器内的管子数目很少时专技天下网，才采用这种结 构，但管距比一般换热器要大，结构复杂。另一种形式是在列管的一端与外壳做成浮动结构，在浮动处采用整体填料函密封，结构较简单，但此种结构不易用在直径 大、压力高的情况。填料函式换热器现在很少采用。

二、设计条件的审查：
1. 换热器的设计，用户应提供一下设计条件（工艺参数）：
① 管、壳程的操作压力（作为判定设备是否上类的条件之一，必须提供）
②管、壳程的操作温度（进口/出口）
③金属壁温（工艺计算得出（用户提供））
④物料名称及特性
⑤腐蚀裕量
⑥程数
⑦换热面积
⑧换热管规格，排列形式（三角形或正方形）
⑨折流板或支撑板数量
⑩保温材料及厚度（以便确定铭牌座伸出高度）
⑾油漆: Ⅰ.如用户有特殊要求土地革命，请用户提供牌号，颜色
Ⅱ.用户无特殊要求，设计人员自己选定

2. 几个重点设计条件
①操作压力：作为判定设备是否上类 的条件之一，必须提供
②物料特性：如用户不提供物料名称则必须提供物料的毒性程度。
因为介质的毒性程度关系到设备的无损监测、热处理、锻件的级别
对于上类设备，还关系到设备的划分
a. GB150 10.8.2.1(f)图样注明盛装毒性极度危害或高度危害介质的
容器100%RT.
b. 10.4.1.3 图样注明盛装毒性为极度或高度危害介质的容器，应进行焊后热处理（奥氏体不锈钢的焊接接头可不进行热处理）
c.锻件. 使用介质的毒性为极度或高度危害性的锻件应符合Ⅲ级或Ⅳ级要求。
③管规格：
常用的 碳钢 φ19×2，φ25×2.5，φ32×3， φ38×5
不锈钢φ19×2宇宙农民，φ25×2， φ32×2.5，φ38×2.5
换热管的排列形式：三角形，转角三角形，正方形，转角正方形。
★ 换热管间需要机械清洗时皖维吧，应采用正方形排列位面娱乐大亨 。

三、基本设计参数的确定
1．设计压力，设计温度，焊接接头系数
2．直径：DN<400的圆筒，采用钢管。
DN≥400的圆筒斗破之萧寒，采用钢板卷制。
16”钢管------与用户商量采用钢板卷制。
3．布置图：
根据换热面积、换热管规格画布置图，确定换热管数量。
如果用户提供了布管图，也要复核布管是否在布管限定圆以内。
★布管的原则：
①在布管限定圆内应布满管。
②多管程的各管程数应尽量相等。董湘昆
③换热管应对称排列。

4．材料
管板本身具有凸肩并与圆筒（或封头）连接时，应采用锻件。由于采用此种结构的管板一般都用于压力较高、易燃、易爆、以及毒性程度为极度、高度危害的场合， 对管板要求较高，管板也较厚进货通。为避免凸肩处产生加渣、分层、及改善凸肩处纤维受力的状况，减少加工量，节约材料，采用凸肩与管板直接锻造出来的整体锻件来制造管板
5．换热器与管板的连接方式
管子于管板的连接，在管壳式换热器的设计中是一个比较重要的结构部分。他不仅加工工作量大，而且必须使每一个连接处在设备运作中云雨纷纷，保证介质无泄漏及承受介质压力能力。
管子与管板的连接方式主要有以下三种：a胀接；b焊接；c胀焊接
胀接用于管壳之间介质渗漏不会引起不良后果的情况，特别适用于材料可焊性差（如碳钢换热管）及制造厂的工作量过大的情况。由于胀接管端处在焊接时产生塑性变 形，存在着残余应力，随着温度的升高，残余应力逐渐消失。
这样使管端处降低密封和结合力的作用，所以胀接结构受到压力和温度的限制，一般适用于设计压力 ≤4Mpa，设计温度≤300度，并且在操作中无剧烈地震动，无过大的温度变化及无明显的应力腐蚀；
焊接连接具有生产简单、效率高、连接可靠的优点。通过焊接，使管子对管板有较好的增将作用；并且还有可降低管孔加工要求，节约加工工时，检修方便等优点帝王蛇蜥，故应优先采用。
此外，当介质毒性很大，介质和大气混合 易发生爆炸介质有放射性或管内外物料混合会产生不良影响时，为确保接头密封，也常采用焊接法。焊接法虽然优点甚多，因为他并不能完全避免“缝隙腐蚀”和焊 接节点的应力腐蚀，而且薄管壁和厚管板之间也很难得到可靠的焊缝。
焊接法虽然较胀接可以乃更高的温度，但是在高温循环应力的作用下，焊口极易发生疲劳裂 纹，列管与管孔存在间隙，当受到腐蚀介质的侵蚀时，以会加速接头的损坏。
因此，就产生了焊接和胀接同时使用的方法。这样不但能提高接头的抗疲劳性能，同时 可以降低缝隙腐蚀倾向，因而其使用寿命比单用焊接时长的多。在什么场合下适宜施行焊、胀接并用的方法，目前尚无统一标准。
通常在温度不太高而压力很高或介 质极易渗漏时，采用强度胀加密封焊（密封焊是指单纯防止渗漏而施行的焊接，并不保证强度）。当在压力和温度都很高的情况下，则采用强度焊加贴胀赵道新，（强度焊 是即使焊缝有严密性，又能保证接头具有较大的拉脱力，通常是指焊缝强度等于管子轴向负荷下的强度时的焊接）毛若懿。
贴胀的作用主要是消除缝隙腐蚀和提高焊缝的抗 疲劳性能。具体的结构尺寸标准中（GB/T151）已有规定第六颗钻石，在此不再详述。
对于管孔表面粗糙度的要求：
a当换热管与管板焊接连接时，管的表面粗糙度Ra值不大于35uM
b单换热管与管板胀接联接时，管孔表面粗糙度Ra值不大于12.5uM胀接连接时，管孔表面不应有影响胀接紧密性的缺陷，如贯通的纵向或螺旋状刻痕等

四、设计计算
1.壳体壁厚计算（包括管箱短节、封头、壳程筒体的壁厚计算）管、壳程筒体壁厚应满足GB151中最小壁厚的规定，对于碳素钢和低合金钢最小壁厚是按腐蚀裕量C2=1mm考虑的，对于C2大于1mm的情况，壳体的最小壁厚应相应增加。
2.开孔补强计算
对于壳体采用钢管制的，建议采用整体补强（增加筒体壁厚或采用厚壁管）；对于比较厚的管箱上开大孔考虑综合经济性
不另行补强应满足的几点要求：
①设计压力≤2.5Mpa
②相邻两孔中心距应不小于两孔直径之和的两倍
③接管公称直径≤89mm
④接管最小壁厚应表8-1的要求（接管腐蚀裕量为1mm）
3．法兰
设备法兰采用标准法兰时应注意法兰与垫片、紧固件的匹配，否则应对法兰进行计算。比如甲型平焊法兰在标准中与其匹配的垫片为非金属软垫片；当采用缠绕垫片应对法兰重新计算

4．管板
需注意以下几个问题：
① 管板的设计温度：根据GB150及GB/T151的规定,应取不低于元件的金属温度始皇天下,但在管板计算中无法保证管壳程介质作用,且管板的金属温度很难计算,故一般取较高侧的设计温度为管 板的设计温度。
②多管程换热器：在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要而未能被换热器支承的面积Ad：按GB/T151公式计算
③管板的有效厚度
管板的有效厚度系指管程分程隔板槽底部的管板厚度减去下列二者之和
a管程腐蚀裕量超出管程隔板槽深度的部分
b壳程腐蚀裕量与管板在壳程侧的结构开槽深度二者中的最大植
5.膨胀节的设置
在固定管板换热器中，由于管程内流体与管程流体之间具有温差，而换热器和壳体与管版固定连接，这样在使用状态时，壳体与管子之间有膨胀差存在，壳体和管子受 到轴向载荷。为了避免壳体和换热器破坏、换热器失稳、换热管从管板上拉脱，就应设置膨胀节，以降低壳体和换热器的轴向载荷。
一般在壳体和换热器壁温差较大时，需考虑设置膨胀节，在管板计算中寿县丰华中学 ，按有温差的各种共况计算出σt、σc 、q ，其中有一个不合格时，就需增加膨胀节。
σt——换热管轴向应力
σc——壳程圆筒轴向应力
q——换热管与管板连接的拉脱力

五、结构设计
1．管箱
（1）管箱的长度
a最小内侧深度
①向开孔的单管程管箱，开口中心处的最小深度应不小于接管内直径的1/3
②管程的内外侧深度应保证两程之间的最小流通面积不小于每程换热管流通面积的1.3倍
b最大内侧深度
考虑内件焊接和清理是否方便，尤其对于公称直径较小的多管程换热器。
（2）分程隔板
隔板的厚度和布置按GB151表6和图15，对于厚度大于10mm的分程隔板，密封面应削边至10mm；对于列管式换热器，隔板上应设置泪孔（排净孔），排净孔的直径一般为6mm深海越狱
主演：尚格·云顿 / 杜夫·龙格尔 / 阿尔·萨皮恩扎